微波零相位法测量超导加速器ps级电子束纵向长度

本文基于微波零相位法,将中国工程物理研究院太赫兹自由电子激光(CTFEL)2×4-cell超导加速器的下游腔作为零相位腔,测量了上游腔增能后的电子束纵向长度,并通过束流动力学模拟证明,当两个超导腔正常工作时,上游腔出口处的电子束纵向长度与下游腔出口处的接近。实验结果表明,CTFEL 2×4-cell超导加速器能实现半高宽小于6.8 ps的电子束,满足装置出光要求。     

基于IOT放大器的微波功率源在超导直线加速器上的应用

中国工程物理研究院太赫兹自由电子激光装置（CTFEL）的直线加速器由两个4-cell超导加速腔构成,每个加速腔的激励由1套基于感应输出管（IOT）放大器的L波段微波功率源（25 kW）提供。本文介绍了微波功率源的基本原理、组成结构和调试过程,以及微波功率源在功率耦合器老炼平台和超导直线加速器上的一些实验结果。微波功率源安装调试后工作稳定,两套微波功率源的主要参数均达到设计要求。超导直线加速器的幅值稳定度和相位稳定度分别为0.04%和0.08°,优于设计指标。     

基于IOT放大器的微波功率源在超导直线加速器上的应用

中国工程物理研究院太赫兹自由电子激光装置(CTFEL)的直线加速器由两个4-cell超导加速腔构成,每个加速腔的激励由1套基于感应输出管(IOT)放大器的L波段微波功率源(25 kW)提供。本文介绍了微波功率源的基本原理、组成结构和调试过程,以及微波功率源在功率耦合器老炼平台和超导直线加速器上的一些实验结果。微波功率源安装调试后工作稳定,两套微波功率源的主要参数均达到设计要求。超导直线加速器的幅值稳定度和相位稳定度分别为0.04%和0.08°,优于设计指标。     

CTFEL装置磁铁设计和测量

中国工程物理研究院太赫兹自由电子激光装置CTFEL(China Academy of Engineering Physics Terahertz Free Electron Laser,CAEP THz FEL)是国内首台可为用户提供高功率和宽谱太赫兹波的科学设施,CTFEL作为基于加速器的辐射源,磁铁是电子束团的传输、测量和操纵的重要部件之一。根据CTFEL装置磁铁的指标参数设计了磁铁,针对设计中遇到的问题,阐述了解决思路,测量了磁场分布、积分场分布、横向场分布和磁轴等,测试结果表明:所有磁铁都满足了指标要求。目前磁铁已经全部完成了安装和调试,保障了CTFEL装置的顺利出光。     

1500MHz 5-cell超导腔的仿真优化

能量回收直线加速器技术是近年来一项重要技术。针对能量回收直线加速器的主直线加速器,本文使用多种射频软件优化设计了一种新型的1 500 MHz 5-cell超导腔。该腔加速模TM010的R/Q值达到550Ω,可以有效降低低温损耗。该腔的端cell采用扩大束管传输有害高次模方案将高次模传输出超导腔,良好地抑制了高次模。新腔型保持了较低的表面峰值场强与平均加速梯度的比值:Epk/Eacc=2.06,Bpk/Eacc=4.22 m T/(MV·m-1),避免了场致发射的风险,并且在中等加速梯度区域(15-20 MV·m-1)无二次电子倍增现象。模拟结果显示,该超导腔能够满足连续波、准连续波或高重复频率稳定运行的要求。     

射频超导腔前向功率耦合器的研制

25 MeV超导直线加速器是中国加速器驱动次临界反应堆系统(China Initiative Accelerator DrivenSystem,CiADS)的一个预研装置,在该预研装置中,其核心加速部件超导腔的低温性能至关重要。前向功率耦合器是超导腔的重要组成部分。目前国内前向功率耦合器的机械结构大部分采用拉杆结构,其结构简单,低温下(4 K)能够稳定运行,但是空间利用率低,并且不具备普适性。针对25 MeV超导直线加速器多腔型的特点,设计开发了一种能够弥补传统耦合器不足的滑轮式前向功率耦合器,工程内应用结果表明:滑轮式前向功率耦合器结构简单,低温下运行稳定,空间利用率高,能满足工程内各种腔型测试要求。     

上海光源150MeV直线加速器传输波导相长度测量与调整

上海光源直线加速器加速器主体由电子枪、次谐波束聚器、基波聚束器及四台加速管组成,其功能是通过低能输运线向增强器注入150 MeV能量的电子束.直线加速器2006年12月开始安装,2007年5月出束,10月完成束流调试,向增强器供束,束流指标达到设计目标.传输波导相长度的测量与调整是微波系统及加速器建设安装过程中的的关键环节,调试结果直接关系到直线加速器的升能效果,影响到束流其它相关参数.本文阐述了上海光源直线加速器波导相长度测量与调整过程,给出了加速器束流调试的相关指标结果.     

皮秒扫描相机在加速器研究中的应用——监测电子束团的纵向分布(英文)

描述了一台基于皮秒扫描相机的电子束团纵向分布(电子束团长度)测试系统,报道了应用这套系统在中科院高能物理所北京自由电子激光装置(BFEL)S波段射频直线加速器、正负电子对撞机(BEPC)和中国原子能科学研究院L波段注入器(LBINJ)上开展的测量工作。     

用于2GeV固定场交变梯度质子加速器的高品质因数、高分路阻抗波导型高频腔设计

在核工业、民用及基础研究领域,高能强流质子加速器有着十分广泛而重要的应用,中国原子能科学研究院提出了1台2 GeV连续波固定场交变梯度质子加速器的解决方案。在该方案中,工作在44.4 MHz的大功率高品质因数、高分路阻抗波导型高频腔研制极其重要。本文首先对工作在44.4 MHz的矩形、欧米伽形、跑道形及船形等4种形状的波导型高频腔进行了模拟计算研究,经比较发现,船形高频腔具有最高的品质因数和分路阻抗,是2 GeV连续波固定场交变梯度质子加速器的较好选择。在此基础上,为掌握船形高频腔的实际加工工艺,同时利用现有230 MeV超导回旋加速器的功率源设备开展高功率实验研究,设计了71.26 MHz的缩比例船形高频腔样机。     

癌症治疗回旋加速器样机研制及其关键技术研究项目进展

<正>2019年是回旋加速器研究设计中心(以下简称回旋中心)230MeV超导回旋加速器癌症治疗样机研制(以下简称230 MeV超导回旋加速器)及其关键技术研究关键之年。一年来,对230MeV超导回旋加速器进行了建设和调试工作,完成了各项工作的节点目标,为230 MeV超导回旋加速器2020年的调试奠定了良好基础。     

DZ-12/4多能量档电子直线加速器辐照关键参数测试

中国原子能科学研究院建立了一台DZ-12/4多能量档电子直线加速器,该装置主要用作辐射加工级电子束辐照实验平台。为了检测该电子束辐照实验平台辐照工艺控制参数,本文利用中国原子能科学研究院FJL-02型辐射变色薄膜剂量计对DZ-12/4多能量档电子直线加速器关键参数能量进行了测量,并对研制的束流监测系统法拉第筒的可靠性进行了验证。结果表明,DZ-12/4多能量档电子直线加速器能量在4~12 MeV范围可调,运行参数准确可靠;日常运行中,加速器运行人员通过监测设备和调节加速器参数可有效控制并估计辐照剂量,具有非常好的实用性和简便性。     

加速器驱动次临界核能系统超导质子直线加速器设计研究(英文)

加速器驱动次临界核能系统(ADS)是下一代能源的首选方向。它能有效地利用铀和钍资源,嬗变长寿命高放射性废物和提高核安全水平。ADS加速器应能提供几十兆瓦质子束。超导直线加速器(SCL)效率高,束流损失少,是ADS加速器的最佳选择。它由一系列超导加速腔组成。利用电磁场计算确定腔的形状,利用粒子动力学计算确定SCL的主要参数。     

1.5GHz超导加速腔双输入耦合器研究

本实验室设计的1.5 GHz 5-cell超导腔设计工作加速梯度为15-20 MV·m~(-1),至少需要使用两支输入耦合器才能满足高流强运行要求。借助三维电磁仿真模拟软件CST(Computer Simulation Technology),完成了相应的输入耦合器的电磁仿真,驻波比小于1.05的频带宽度达到18 MHz。从理论上计算加速腔双端口功率馈入,并通过铜腔双输入实验进行验证。结果表明,当两端均为欠耦合时,双输入对每个端口耦合度起到增强的作用;但当两者均为过耦合且差异较大时,耦合度小的一端则被减弱,甚至出现欠耦合的情况。对横向力场的计算显示,即使插入深度相差1 mm,使用双输入耦合器所引起的横向作用力仍比使用单耦合器情况小一个量级。     

加速器驱动次临界核能系统高功率质子直线加速器概念研究(英文)

加速器驱动次临界核能系统(ADS)是下一代能源的首选方向。它能有效地利用铀和钍资源,嬗变长寿命高放射性废物和提高核安全水平。ADS加速器应能提供几十兆瓦质子束。超导直线加速器(SCL)效率高,束流损失少,是ADS加速器的最佳选择。作者介绍的ADD加速器由5 MV射频四极加速器,100 MV独立调相超导腔加速器和1 GV椭圆超导腔加速器组成。确定了加速结构和主要参数,考虑了研究和发展计划。     

High-energy-density electron beam generation in ultra intense laser-plasma interaction

By using a two-dimensional particle-in-cell simulation,we demonstrate a scheme for highenergy-density electron beam generation by irradiating an ultra intense laser pulse onto an aluminum(Al) target.With the laser having a peak intensity of 4?×?1023W cm~(-2),a high quality electron beam with a maximum density of 117 ncand a kinetic energy density up to8.79?×?1018J m~(-3) is generated.The temperature of the electron beam can be 416 Me V,and the beam divergence is only 7.25°.As the laser peak intensity increases(e.g.,1024 W cm~(-2)),both the beam energy density(3.56?×?1019J m~(-3)) and the temperature(545 Me V) are increased,and the beam collimation is well controlled.The maximum density of the electron beam can even reach 180 nc.Such beams should have potential applications in the areas of antiparticle generation,laboratory astrophysics,etc.     

高平均束流功率辐照加速器加速结构的研究

本文介绍了10 MeV/100 kW的高平均束流功率工业辐照加速器束流动力学模拟结果及其加速结构的优化设计结果。加速器采用驻波双周期轴耦合结构,1个加速腔和1个耦合腔构成1个加速单元,其工作频率为325 MHz,工作模式为π/2,加速腔和耦合腔之间通过耦合狭缝在轴向以磁耦合的方式耦合在一起。使用SUPERFISH优化加速腔的有效分路阻抗、Kilp系数等关键参数。束流动力学方面,使用PARMELA模拟论证在粒子源提供2.5 keV、500 mA的电子束后,通过6个加速腔可得到10 MeV/100 kW的平均束流功率。加速腔优化完成后使用CST对耦合腔进行了设计,此时由6个加速单元组成的加速结构有效分路阻抗为23.9 MΩ/m、无载品质因数为29 347,各加速腔与相邻的耦合腔耦合系数为4.7%,工作模式与其相邻模式的最小频率间隔为2 MHz,每个加速单元功耗为290 kW。     

纵向多灯丝电子帘加速器的束流不均匀度

束流不均匀度是电子帘加速器束流性能的一重要指标。影响束流不均匀度的主要因素是加速器结构中各电极（阴极、反射极、栅极、阳极）的电位、形状及其相对位置。本工作针对1台纵向多灯丝电子帘加速器的实际结构参数,计算其束流不均匀度,通过分析和比较,讨论了进一步改善束流不均匀度的可能途径,为改进电子帘加速器的设计提供了参考。     

Cs-Te photocathode RF electron gun for applied research at the Waseda University

A compact electron accelerator based on photo-cathode RF electron gun is under development for applied research at the Waseda University. Higher charge and higher energy are key issues for applications such as pulse radiolysis experiment and laser-Compton X-ray generation. The new RF-gun cavity with cesium telluride (Cs-Te) photo-cathode which has higher quantum efficiency (Q.E.) compared with metal cathodes has been installed. The evaluation of Q.E. of the photo-cathode has been performed and the value obtained is more than 5% at the preparation stage. For understanding the Cs-Te cathode properties and the higher Q.E. operation, fundamental studies by single bunch beam operation have been performed resulting in more than 6 nC bunch charge with a high Q.E. of 2.9%. Additionally, the new RF-gun cavity was improved for obtaining a higher Q value. Higher beam energy, i.e. shunt impedance compared with old type cavity, was observed. The shunt impedance increased by about 20%. These successful results will considerably contribute to the applied research.     

基于束流环形高斯模型对上海硬X射线自由电子激光装置的束流刮束器进行活化分析

在建的上海硬X射线自由电子激光装置(Shanghai HIgh repetition rate XFEL aNd Extreme light facility,SHINE)的加速器隧道内,采用束流刮束器刮掉束晕外围张角比较大的电子,刮束器的束流损失率为0.1‰。本文采用蒙特卡洛程序FLUKA,用SOURCE程序实现电子束在3σ_beam外的高斯分布,以尽量真实模拟电子在束流刮束器处的丢失情况,解决了低功率刮束情况下蒙特卡洛模拟无统计性结果的难题。利用束流环形高斯模型对刮束器的活化进行了分析,结果表明环形高斯模型可以更真实地再现电子在束流刮束器的丢失情况;5年运行后距刮束器30 cm处的剩余剂量率达到了数百μSv/h至数mSv/h,和国外类似装置计算结果相当;通过对放射性核素的种类分析,结果证明刮束器(钨)的放射性废物处置难度不大。